风险评估应用.pdf

年远东无损检测论坛论文精选 年 第 卷 第 期风险评估技术在我国的应用进展刘富君，孔帅，胡东明，郭小联（浙江省特种设备检验研究院，杭州 ）摘要：基于风险的检验（）技术是在追求特种设备安全性与经济性相统一的基础上建立起来的一种优化检验方案的方法，自 年开始逐渐在我国得到应用和推广。综述了 技术在我国的应用进展，介绍了 技术的原理及其在石油化工、电力、船舶行业和海上石油平台系统中的实施情况，重点对该技术在我国应用时遇到的问题，特别是相应软件的国产化问题、国家法规的支持等进行了详细探讨，指出了 技术在我国仍存在的空白点和应用前景。关键词：特种设备；技术；检验；国产化中图分类号：文献标志码：文章编号：（）犃 狆 狆 犾 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀犪 狀 犱犇 犲 狏 犲 犾 狅 狆 犿 犲 狀 狋 狅 犳犚 犻 狊 犽犅 犪 狊 犲 犱 犐 狀 狊 狆 犲 犮 狋 犻 狅 狀犜 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔 犻 狀犆 犺 犻 狀 犪犔 犐 犝犉 狌 犑 狌 狀，犓 犗 犖 犌犛 犺 狌 犪 犻，犎 犝犇 狅 狀 犵 犕 犻 狀 犵，犌 犝 犗犡 犻 犪 狅 犔 犻 犪 狀（，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：（），犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱 狊：；技术（即基于风险的检验技术）是近年来迅速发展起来的设备完整性管理技术，它是基于设备检验技术、失效分析技术、材料损伤机理研究、设备安全评定和计算机软件技术的设备检验方法。技术区别于传统的理化检验技术，它对所有的设备进行风险评价得到风险分布，并在此基础上制定科学的检验策略，对高风险设备进行重点检验，可以达到在保证设备安全运行的基础上显著降低检验成本的目的。技术的一个核心概念及评价标准是风险。风险管理科学起源于能源行业。世纪 年代，收稿日期：作者简介：刘富君（），男，博士，高级工程师，主要从事压力容器及压力管道方面设计理论、结构强度、安全监控、数值模拟、风险评估及无损检测等方面的研究。核工业为了确定检修的优先顺序和做出基于风险的决策，发展了概率风险分析技术，用来处理那些低概率高后果的极端事件。在石油化工领域，技术最早由挪威船级社（）用在海洋平台上，并开发了相应的 软件。世纪 年代初，美国一些大型石油化工公司为节省成本，委托美国石油协会（）邀请挪威船级社将 技术由海洋平台移植到石油化工设备检验中来，并迅速得到信任与认可，在很多国外公司及设备上得到成功应用 。美国 为了更好地完善 技术，于 年发布了 基于风险的检验基础资源文件，并于 年颁布了 标准 ，年又公布了 的更新版本，很多其它国家也都已开始编制 草案或开始 研究。可见，技术是国际上设备维护和检验管理的未来刘富君等：风险评估技术在我国的应用进展 年 第 卷 第 期发展趋势。我国自 年开始在石油化工装置中逐步推行和运用 技术，并得到国家相关部门的支持与认可。年月 日，国家质量监督检验检疫总局向各省、自治区、直辖市质量技术监督局发布 关于开展基于风险的检验（）技术试点应用工作的通知（国质检特 号），明确说明基于风险的检验技术是在追求特种设备安全性与经济性统一的基础上建立的一种优化检验方案的方法，并于特种设备检验检测领域进行试点。一些高校和科研院所，包括华东理工大学、南京化工大学、合肥通用机械研究院、中国石化青岛安全工程研究院及中国特种设备检测研究院等纷纷开展 技术在国内的应用研究，。犚 犅 犐技术的原理 技术是基于风险的资产管理（）技术内容的一部分，技术还包括以可靠性为中心的维护（）技术和安全连锁系统安全评价（）技术。就目前我国应用 技术最广泛的石化行业来看，静设备推行 技术，动设备推行 技术，仪表和控制系统推行 技术，它们之间的关系可以用图表示。虽然叫法不一，具体实施稍有不同，但它们具有相同的基础和理念 风险，整个 技术体系可以看作石化行业的一个风险工程。图 基于风险的资产管理结构图 技术的核心概念是风险，风险区别于危险。危险是客观存在的潜在损失，而风险是危险发生的概率与危险一旦发生所造成损失的共同组合后果。技术的目的是达到目标设备的安全性与经济性的统一，其原理是在对设备进行风险分析的基础上得到风险分布，然后优化检验策略（包括要检查何种缺陷，缺陷最可能存在的位置，能发现缺陷的最佳技术，考虑安全性和经济性的最优检验周期等），达到保证安全和节约成本的目的。风险由两个因素共同作用，具有两维性，可以用如下公式表示：犚犘犈式中犚为风险；犘为失效概率；犈为失效后果。风险的级别可以用风险矩阵图来表示。无论失效后果或失效概率（失效频度）都可以用数字表示，把两组数字按照严重程度的次序分别划分为个等级。失效概率（失效频度）划分为极高（）、高级（）、中级（）、低级（）和极低（）概率（失效频度），简称特、高、中、低、微级；失效后果同样也是级。个等级分别用，和，来表示。这样，就可在一个 的风险矩阵图上来确定分析对象的风险等级（图），并根据相应的风险等级采取相应的措施（表）。图 风险矩阵图表 犚 犅 犐风险等级对策等级风险区采取的对策低风险区酌情减少检查保养中风险区应进行定期保养及检验次高风险区进行在线监测和无损检测（缩短检验周期）高风险区重点加强管理，进行整改，彻底消除事故隐患 犚 犅 犐技术在我国的应用情况 犚 犅 犐技术的实施方法 方法分为定性、半定量和定量三种分析方法。三种分析方法不是对立的，而是相互辅助的，技术是三种分析方法的综合运用。定性方法可以用到整厂的大范围情况，用以确定单元或装置的风险等级；在单元或装置内部，则可用半定量的方法来分析；具体到某个设备或管道，应用定量的方法进行计算。定量的 方法是一种精确的方法，工作量很大，需要对大量数据进行细化分析，其结果可以对所有的设备进行风险排序，目前主要依靠计算机来处理大量的数据和计算，因此一个优秀的 软件是进行 技术应用的有利工具。表列出了种应用方法的应用范围。犚 犅 犐技术在我国的实施情况目前，技术在国际上应用十分广泛，石油化刘富君等：风险评估技术在我国的应用进展 年 第 卷 第 期表 犚 犅 犐风险评价方法的应用范围序号评估方法范围评估对象用途定性整厂单元 装置系统排序半定量单元 装置装置 设备检测计划定量装置 设备设备 管道详细检测计划工、电力、船舶、海上石油平台、建筑物和桥梁等诸多行业都有 技术的应用 。在我国，经过了最近几年的推广与试点，技术的方法与理念也逐渐被人们认识和接受。石油化工行业石油化工行业是目前国内应用 技术最多的行业 ，主要应用于静设备。在国家质量监督检验检疫总局指定的十几所试点石化企业中都有或多或少的装置运用了 技术，且都取得了较好的成果。九江石化合成氨装置 经过英国（金属材料焊接技术协会）的 风险软件评估，分析了合成氨装置中潜在的失效机理，得到了中高风险设备仅占设备总数量的 ，明确了高风险设备的集中分布工段和以后的检验重点。抚顺石化聚乙烯装置 评定中采用定量的计算方法，结果表明聚乙烯装置整体风险水平较低，在评估范围内的 台静设备和 条主要工艺管道中，高风险及中高风险设备及管道仅占 和 ，并依此制定了评估范围内的设备与管线检验策略，即以宏观检查和测厚为主，并为制定全面检验和在线检验提供参考。石油化工行业对我国国民经济的发展起着重要的作用，也是检验检测的重点领域，其设备往往处在高温或高压环境下，失效后果严重，风险较大，而且石油化工行业的设备数量巨大。如前所述，一套装置中就含有数百数千设备或管道，因此石油化工行业是 技术最适宜开展和效用最大的行业。从前面的两个案例可以看出，成套设备中较少的设备占据了较大的风险，装置中绝大多数（近 ）的设备都处于中低风险状态，对中低风险设备可以制定相应的检验策略来提升效益，比如延长检验周期或者进行在线的外部宏观检验。对企业来说，它们一方面可以节省巨大的检验开支，另一方面可以避免因为检验停车带来的损失。两者叠加，技术对企业经济效益提升效果十分明显，同时 技术也使参与风险评定的设备管理者明确了失效机理及检验重点，有利于企业的设备管理和设备安全运行。推及整个行业，技术对保障安全和提升效益的作用是巨大的。电力系统电力系统中，核电行业最早引入风险的概念，现在已经扩展到火力发电等电网系统。应用于火电厂的风险维修技术主要通过两种方式实现：基于风险的检验（）技术和基于风险的维修（）技术。其主要实施以下步骤：系统划分、确定重要部件、评估用数据整理、损伤机理设定、确定风险部件、风险评级、风险管理。廖远东 等人对某电厂水冷壁进行了检验和失效风险评估，首先对面水冷壁进行宏观检验和金属壁厚测量，然后对水冷壁的化学成分、机械性能和金相进行了分析，采用定性风险分析方法对测量结果进行分析，初步确定了水冷壁的失效风险，又用概率风险评估（）极值分析原理进行定量风险分析，结果认为水冷壁已有相当的大的局部失效风险，建议及时更换。目前我国的电厂中 世纪 年代引进的一批机组的服役时间已经快达到 年，许多设备都已需要更换，但也有很多设备还可以继续运行。为了延长电厂设备的使用时间和节省成本，国内许多高校和科研机构开展了针对机组关键部件的剩余寿命预测研究工作，如汽轮机转子的剩余寿命预测。近年来风险检验和风险管理在电力系统中的应用为电厂设备的安全运行提供了另一种保障方案，将来在电力系统中开展风险检验和剩余寿命计算相结合的资产完整性管理方法将是更加有效的。船舶行业为了确保船舶在给定的风险接受准则下，在服役期内能够完成其预定的功能，有必要对结构的损伤进行控制或者采取维护措施。虽然检测是控制结构损伤的一种有效的方法，它为结构的安全运行带来了潜在的效益，但是检测本身也带来了一定的经济影响。因此，有必要对检测及维修进行优化，使得在检测及维修费用与风险之间达到一种平衡。目前我国船舶行业引进 技术主要是为了保证安全的基础上节省检验成本。船舶的失效机理主要是海水腐蚀和泄漏。针对我国的船体材料，进行腐蚀速率的研究，将大大提高 技术评价的准确性，能够达到经济性和安全性的更好的平衡。海上石油平台国际上，海上石油平台很早便已应用风险评价刘富君等：风险评估技术在我国的应用进展 年 第 卷 第 期理念。到目前，挪威、英国等已经拥有比较完善的体系。但我国的海上石油工业起步较晚，开始对平台的安全评估认识不足，已经发生了很多海滩事故，造成了重大人员伤亡和经济损失。近年来，科研工作者和生产企业逐渐认识到，成熟的 技术对我国的海上石油工业安全保障有着十分重要的作用。目前，挪威船级社（）和中国石化青岛安全工程研究院都致力于这方面的研究和应用，中国石化集团公司安全环保局委托胜利油田与 签订合同，对胜利埕岛油田海上设施进行定量风险评估，为胜利油田海上平台安全运行提供了有力的支撑。与电力系统相比，我国的海上石油平台服役时间并不长，但由于海上石油平台的技术并不十分成熟，相比来说具有比较大的失效概率，同样具有较大的风险，很多海难事故都已经给我们了很大的教训，技术的应用对控制平台的风险、保障安全运行是十分有利的，适宜大力推广。犚 犅 犐技术在我国应用效果讨论从目前 技术在我国的应用情况及效果来看，技术有它独特的优势，也有很多不足。犚 犅 犐软件的国产化问题目前能够进行 分析的软件已有不少，如表所示，这些软件全部来自国外。我国目前极度缺乏相关的软件支持，实际应用所采用的主要是挪威船级社（）的 和法国船级社（）的 软件。这些国外软件是根据国外企业的管理模式、设备的制造水平等因素得出的经验参考值，如基于国外材料的腐蚀速率值等。但我国的承压设备状况有着自身独特性，例如在设计及制造过程中遗留下较多的缺陷、我国的材料生产水平与国外存在差距等，项目的实施必须结合我 国国情，不能照搬国外。因此，开发国产 表 目前市场上的犚 犅 犐软件行业及作用软件名称炼油工业 近海采油 石油化工 ，电力工业 过程设备、锅炉、储罐和燃气轮机 维护管理 风险评估软件也是我国推广及应用 技术的重要组成部分。软件的计算机程序实现并不困难，其本质就是失效的可能性与失效后果的计算问题，把这些计算方法程序化十分简单，用较少的时间便可完成。但是如此编制的 软件在使用时却会遇到巨大的困难，因为 软件的有效应用是基于丰富的数据库的，如各类介质的腐蚀性、失效机理、失效模式、材料在介质中的行为、以往 实践的经验与教训等，如果没有丰富内涵数据库的支撑，则不能进行正确而可靠的 分析。软件的国产化不仅仅是编制具有相应查询和计算功能的软件，还要建立与积累相应的数据库内容，并结合中国国情予以完善改进。即使是国外权威机构的技术也仍有许多不足之处。在我国某石化企业应用法国船级社（）的 软件时，就发现其软件数据库中仍有需改进的地方，例如在损伤机理方面未考虑炉管的高温损伤，加氢裂化装置中某些部位存在的轻微蠕变，中国首先发生的催化再生系统硝酸盐的应力腐蚀开裂，高压空冷器的硫氢化胺冲刷腐蚀等问题；在物流方面一些有机酸、甲醇、醛等特性考虑不够全面；在风险分析内容中，对长期使用的加氢反应器回火脆化、管壳式换热器管束腐蚀，中国承压设备的先天性缺陷与材料不稳定等问题也都未考虑。的软件编制本身也有一些不足，如管线分析不能分段，没有定性分析功能，后果分析中没有考虑商业损失等。对于我国来说，相应的 软件数据库的建立是一个从零开始、不断积累的过程，因此，开发相应 软件时，适宜增加自我学习及补充功能模块，做成 专家系统，可使软件的预测精度不断提高。扩大应用范围，形成层次化目前 技术在我国石油化工行业仅仅应用到单独的一个或一套设备，如合成氨装置、聚乙烯装置等，而且基本是静设备。企业内的机泵、安全阀和仪表控制系统还未见有 技术的分析应用，全厂层次上的资产完整性评估也没有应用。而石油化工企业中又有大量的动设备和仪表控制系统对整厂的安全运行起着非常重要的作用，因此，应当积极推行应用于动设备的 技术和仪表控制系统的 技术，并以此为基础在全厂层次上应用 技术，在横向上全厂规模化，在纵向上实现层次化，那么全厂的资产管理以风险工程的理念来进行，对企业的资产管理水平的提高将是十分有利的。刘富君等：风险评估技术在我国的应用进展 年 第 卷 第 期 国家相应法规的支持 技术只是设备宏观风险排序的一种方法和理念，其本身并没有控制或降低风险的能力，设备的安全还需要一系列检测规范与合乎使用的完整性评估标准来支撑。例如 ，本身不能控制风险，而是需要 ，等具体的检测、检验和维修技术的要求来共同作用。在我国，国家质量监督检验检疫总局颁布的 在用压力容器定期检验规则 在用工业管道定期检验规程 是中国压力容器与管道治理整顿多年的实践经验总结，它们既是强制性的技术规范，也是适合中国国情的具体检验维修技术的方法。在 技术在我国的应用过程中，这些规则、规程与 压力容器缺陷评定规范（）和 含缺陷压力容器安全评定 等技术标准一起构成了风险控制的支撑体系。但是，我国的法规目前并没有包含 技术内容，推行实施 工作也有一定阻力。因为实施 工作意味着检验工作的减少，对地方检验机构来说是一种利益的减少，同时在现有体制下，地方检验机构所承担的风险却并没有降低，这就形成了一个矛盾。这个矛盾是在我国大力推行 技术首先需要解决的，但它并不意味着 技术与我国的法律、法规是相互抵触的，只是 技术在与我国具体情况相结合的过程中需要磨合与完善。技术的推行迫切要求相应的法规将其纳入其中。目前欧洲的一些 技术应用较成熟的国家，如英国、挪威、芬兰等，都已批准企业采用 技术确定设备的检修周期。在我国，国家质量监督检验检疫总局从 年开始在十几所石油化工企业中试点推行 技术，体现了 技术已经逐渐被我国接受和认可，这也是 技术在我国应用所迈出的重要一步，为其以后与我国法规的结合奠定了良好的基础。犚 犅 犐技术在我国尚未开展的领域通过 技术在我国石化行业的试点应用，体现了 技术相比常规理化检验的独特优势。一是在保证设备安全运行的基础上延长设备的检验周期，节约企业的检修成本，通过制定中低风险的设备提前到停车前外部宏观检查之类的检验策略，停车后可以集中精力检验高风险设备，使检验更有针对性，也可以节省企业和检验机构的时间；二是 技术的风险分析结果能够让企业的相关人员了解到装置的高风险单元和装置、高风险设备的失效类型，形成对整套装置的总体风险认识，有利于日常的操作与维护。相对于 技术比较发达的国家，我国还存在很多 技术的空白领域，比如建筑物、桥梁等行业，即便在石油化工行业内部，锅炉、电梯等特种设备和仪表控制系统部件的 工作也有待开展和深化，技术在我国还需大力推行。结论 技术以设备的风险分析及风险分布为基础，可以在制定合理的检验计划，延长低风险设备的检验周期，保证设备安全运行的基础上提高经济效益。技术是一种科学的、先进的制定检验策略的方法，已在国际范围内广泛应用，并收到了良好的效果。但 技术在我国的应用仍然处于起步阶段，在许多领域仍尚未开展。同时，技术的软件国产化、应用范围和相应法律法规的支持等方面存在着一定的问题。随着我国对 技术研究和应用力度的加大，我们相信，假以时日，技术一定能够在我国发展得更加完善，并将在更多领域发挥作用。参考文献：黄贤滨，李延渊，兰正贵新一代设备管理技术 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再生塔的应用研究及腐蚀失效机理分析，腐蚀与防护，（）：李奇，李延渊，黄贤滨基于风险检测的风险评估方法安全健康和环境，（）：伍浩松，闰淑敏美国核电厂风险评估的安全效益核安全，（）：孙玺，李耀君，刘振宇火电厂风险维修方法及实施过程电力设备，（）：廖远东，李耀君，徐丑申锅炉水冷壁状态检验与风险评估热力发电，（）：李典庆，张圣坤，唐文勇基于风险的船体结构腐蚀优化检测及维修规划上海交通大学学报，（）：陆东，牟善军欧洲设备风险检查技术发展及应用情况安全健康与环境，（）：李奇，牟善军，姜巍巍，等海上石油平台定量风险评估中国海洋平台，（）：李刚风险评估技术及其在海上平台的应用内江科技，（）：吴庆洋基于风险的检验（）在镇海炼化的应用及体会石油化工安全环保技术，（）：董绍平基于风险的检验（）在合成氨装置中的应用石油化工设备技术，（）：檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼殥殥殥殥 征 稿 启 事 无损检测 是中国机械工程学会和上海材料研究所主办的技术类刊物，主要报道超声、射线、电磁涡流、磁粉、渗透、声发射、激光、红外、微波和应力测定等无损检测技术。征稿内容如下：对促进无损检测技术发展有指导作用的基础理论及结合生产关键的科研成果对某一方面的理论和技术综合分析的专论或评述 对国内外正在讨论的学术见解的介绍或评述 有推广价值的生产实践经验和技术革新项目 基础知识讲座和专题讲座 人员培训和资格认证方面的论述和经验 标准、规范及其应用 学术争鸣 国内外学术动态、信息（包括仪器设备研制、人员培训和资格认证、会议报道及人才交流等）以及国外文献资料的译文、文摘和索引等 无损检测 编辑部